視頻監控“大聯網”中SIP

■ 本刊記者 賀小花

SIP標準憑借其簡單靈活、易于擴展、便于實現等諸多優點越來越得到業界的青睞，而且隨著大型聯網安全與視頻監控平臺在各個領域的應用越來越廣泛，業內人士發現SIP標準作為聯網監控的信令標準承載協議，具有多種優勢及功能。

前言

2004年以來，全國各地公安機關自建了2萬多個視頻監控系統，安裝了百余萬臺攝像機，建立了打防管控相結合的立體化治安防控體系。下一步視頻監控系統聯網建設及視頻圖像信息整合與共享的方向是：“建成一個共享平臺，完善一張傳輸網絡，建立四大保障支柱”，基本構建起視頻監控技術應用體系。為了能夠實現視頻圖像信息跨區域跨部門高效準確傳輸及共享應用，就必須滿足聯網系統中信息傳輸、交換、控制的兼容性和安全性要求。

可喜的是，2012年6月1日，《GB/T28181-2011安全防范視頻監控聯網系統信息傳輸、交換、控制技術要求》（以下簡稱“新國標”）正式施行。新國標對推動我國的視頻監控大聯網建設具有非凡意義。然而，新國標的前身為公安部推出的一個行業標準，全稱為《GA/T669-2008城市監控報警聯網系統技術標準》（以下簡稱T669）。T669的內容包括前端的接入及采集、中間的信息傳輸、交換、控制、整個管理平臺的架構、卡口信息的識別、比對等內容，主要側重于整個監控系統，協議基于SIP。

由于新國標發布后，部分廠家不能第一時間做出響應，勢必會存在新舊并存的情況；況且新國標又是一個推薦標準，強制力有限，目前各個行業也有自己的行業標準，考慮到整體兼容性，必須要用保留利舊的方式將各種已建資源整合進來。因此，針對不同情況，配合新國標可以有以下兩種整合接入模式。第一種，對于已調整完成，符合新國標的視音頻監控系統，可以采用直連的方式實現綜合聯網。第二種，對于已建并不支持新國標且不具備改造能力的視音頻監控系統，可通過SIP網關方式，將非標系統改造為標準系統后再進行接入。SIP網關將被整合聯網的系統中視音頻信息編碼格式、傳輸方式、數據交換方式和控制方式轉換為新國標中規定的內容，最后接入標準的聯網系統，成為整個系統的一部分。SIP網關采用控制協議與媒體分離的方式，分別對控制信令和視音頻媒體進行非標與標準之間的轉換。

毋庸置疑，SIP標準在作為聯網監控的信令標準承載協議時，應用廣泛，功能巨大。

SIP標準產生背景

SIP（Session Initiation Protocol 會話初始協議）是一個應用層的信令控制協議，最初開發目的是用來幫助提供跨越因特網的電話業務，因特網電話（IP電話）正在向一種正式的商業電話模式演進，SIP就是用來確保這種演進實現而需要的NGN（下一代網絡）系列協議中重要的一員。SIP是IETF標準進程的一部分，它是在諸如SMTP（簡單郵件傳送協議）和HTTP（超文本傳送協議）基礎之上建立起來的。它用來建立，改變和終止基于IP網絡的用戶間的呼叫。為了提供電話業務它還需要結合不同的標準和協議：特別是需要確保傳輸（RTP），與當前電話網絡的信令互連，能夠確保語音質量（RSVP），能夠提供目錄（LDAP），能夠鑒權用戶（RADIUS）等等。

SIP被描述為用來生成，修改和終結一個或多個參與者之間的會話。這些會話包括因特網多媒體會議，因特網（或任何IP網絡）電話呼叫和多媒體發布。會話中的成員能夠通過多播或單播聯系的網絡來通信。SIP支持會話描述，它允許參與者在一組兼容媒體類型上達成一致。它同時通過代理和重定向請求到用戶當前位置來支持用戶移動性。SIP不與任何特定的會議控制協議捆綁。

隨著全社會對創建平安城市的關注度越來越高，視頻監控作為安防系統的一個重要技術應用，發展迅猛。然而，在當前的視頻監控市場中，不同監控系統采用的信令控制協議不統一，互聯互通困難，無法滿足網絡化時代對大規模電信級視頻監控、遠程訪問、集中管理的需要。從現實角度考慮，為視頻監控制定一個專門的協議標準恐怕又不太可能的，于是設計者們將目光投向了SIP標準與H.323協議。H.323由于其協議族過于復雜龐大，不如SIP簡單靈活、分布式控制，故將SIP作為市場視頻監控的主流協議已成為業界共識。且隨著大型聯網安全與視頻監控平臺在各個領域的應用越來越廣泛，人們發現SIP標準作為聯網監控的信令標準承載協議，具有多種優勢及功能。它不僅能適用當前聯網監控的各種業務需要，而且能使監控平臺標準化，更易于其他業務（比如可視電話）整合。

SIP標準會話組件

SIP協議會話使用多達4 個主要組件：①SIP標準用戶代理；②SIP協議注冊服務器；③SIP協議代理服務器；④SIP協議重定向服務器。這些系統通過傳輸包括了SDP協議（用于定義消息的內容和特點）的消息來完成SIP協議會話。

1）SIP協議用戶代理（UA）是終端用戶設備，如用于創建和管理SIP協議會話的移動電話、多媒體手持設備、PC、PDA等。用戶代理客戶機發出消息。用戶代理服務器對消息進行響應。

2）SIP協議注冊服務器是包含域中所有用戶代理的位置的數據庫。在SIP協議通信中，這些服務器會檢索參與方的IP地址和其他相關信息，并將其發送到SIP協議代理服務器。

3）SIP協議代理服務器接受SIP協議UA的會話請求，并查詢SIP協議注冊服務器，獲取收件方UA的地址信息。然后，它將會話邀請信息直接轉發給收件方UA（如果它位于同一域中）或代理服務器（如果UA位于另一域中）。

4）SIP協議重定向服務器允許SIP協議代理服務器將SIP協議會話邀請信息定向到外部域。它可以與SIP協議注冊務器和SIP協議代理服務器同在一個硬件上。

SIP標準的實現機制

SIP是一個分層結構的協議，這意味著它的行為根據一組平等獨立的處理階段來描述，每一階段之間只是松耦合。協議分層描述是為了表達，從而允許功能的描述可在一個部分跨越幾個元素。它不指定任何方式的實現。當我們說某元素包含某層，我們是指它順從該層定義的規則集，不是協議規定的每個元素都包含各層，而且，由SIP規定的元素是邏輯元素，不是物理元素。一個物理實現可以選擇作為不同的邏輯元素，甚至可能在一個個事務的基礎上。

SIP的最底層是語法和編碼。它的編碼使用增強Backus-Nayr形式語法（BNF）來規定。

第二層是傳輸層。它定義了網絡上一個客戶機如何發送請求和接收響應以及一個服務器如何接收請求和發送響應。所有的SIP元素包含傳輸層。

第三層是事務層。事務是SIP的基本元素。一個事務是由客戶機事務發送給服務器事務的請求（使用傳輸層），以及對應該請求的從服務器事務發送回客戶機的所有響應組成。事務層處理應用層重傳，匹配響應到請求，以及應用層超時。任何用戶代理客戶機（UAC）完成的任務使用一組事務產生。用戶代理包含一個事務層，有狀態的代理也有，無狀態的代理不包含事務層。事務層具有客戶機組成部分（稱為客戶機事務）和服務器組成部分（稱為服務器事務），每個代表有限的狀態機，它被構造來處理特定的請求。

事務層之上的層稱為事務用戶（TU）。每個SIP實體，除了無狀態代理，都是事務用戶。當一個TU希望發送請求，它生成一個客戶機事務實例并且向它傳遞請求和IP地址，端口，和用來發送請求的傳輸機制。一個TU生成客戶機事務也能夠刪除它。當客戶機取消一個事務時，它請求服務器停止進一步的處理，將狀態恢復到事務初始化之前，并且生成特定的錯誤響應到該事務。這由CANCEL請求完成，它構成自己的事務，但涉及要取消的事務。

SIP通過Email形式的地址來標明用戶地址。每一用戶通過一等級化的URL來標識，它通過諸如用戶電話號碼或主機名等元素來構造（例如：SIP:usercompany.com）。因為它與Email地址的相似性，SIP URLs容易與用戶的Email地址關聯。

SIP提供它自己的可靠性機制從而獨立于分組層，并且只需不可靠的數據包服務即可。SIP可典型地用于UDP或TCP之上。

SIP提供必要的協議機制以保證終端系統和代理服務器提供以下業務：

● 用戶定位

● 用戶能力

● 用戶可用性

● 呼叫建立

● 呼叫處理

● 呼叫前轉，包括：（1）等效800類型的呼叫；（2）無應答呼叫前轉；（3）遇忙呼叫前轉；（4）無條件呼叫前轉。

● 呼叫號碼傳遞，該號碼可以是任何命名機制。

● 個人移動性，例如通過一個單一的、位置無關的地址來到達被呼叫方，即使被呼叫方改變了終端。

● 終端類型的協商和選擇：呼叫者可以給出選擇如何到達對方，例如通過因特網電話，移動電話或應答業務等。

● 終端能力協商

● 呼叫者和被呼叫者鑒權

● 不知情和指導式的呼叫轉移

● 多播會議的邀請

當一用戶希望呼叫另一用戶，呼叫者用INVITE請求初始呼叫，請求包含足夠的信息用以被呼叫方參與會話。如果客戶機知道另一方的位置它能夠直接將請求發送到另一方的IP地址。如果不知道，客戶機將請求發送到本地配置的SIP網絡服務器。如果服務器是代理服務器它將解析被呼叫用戶的位置并且將請求發送給它們。有很多方法完成上步，例如搜索DNS或訪問數據庫。服務器也可以是重定向服務器，它可以返回被呼叫用戶的位置到呼叫客戶機用以它直接與用戶聯系。在定位用戶的過程中，SIP網絡服務器當然能夠代理或重定向呼叫到其它的服務器，直到到達一個明確地知道被呼叫用戶IP地址的服務器。

一旦發現用戶地址，請求就發送給該用戶，此時將產生幾種選擇。在最簡單的情況，用戶電話客戶機接收請求，也就是用戶的電話振鈴。如果用戶接受呼叫，客戶機用客戶機軟件的指定能力響應請求并且建立連接。如果用戶拒絕呼叫，會話將被重定向到語音郵箱服務器或另一用戶。“指定能力”參照用戶想啟用的功能。例如，客戶機軟件可以支持視頻會議，但用戶只想使用音頻會議，那則只會啟用音頻功能。

SIP還具有另外兩個有重要意義的特征。第一個是有狀態SIP代理服務器具有分割入呼叫或復制入呼叫的能力，從而可以同時運行幾個擴展分支。第一個應答的分支接受呼叫。該特征在用戶工作在兩位置之間（例如實驗室和辦公室）或者同時對經理和其秘書振鈴時是非常便利的。

第二個特征是SIP獨特的返回不同媒體類型的能力。舉個用戶聯系公司的例子，當SIP服務器接收到客戶機的連接請求，它能夠通過Web交互式語音響應頁面來返回到顧客的客戶機，該頁面具有可獲得的部門分支或提供在列表上的用戶。點擊適當的鏈接后將發送一請求到所點擊選擇的用戶從而建立起呼叫。

SIP標準功能及特點

功能

1、名字翻譯和用戶定位：無論被呼叫方在哪里都確保呼叫達到被叫方，執行任何描述信息到定位信息的映射，確保呼叫（會話）的本質細節被支持。

2、特征協商：它允許與呼叫有關的組（這可以是多方呼叫）在支持的特征上達成一致（注意：不是所有方都能夠支持相同級別的特征）。例如視頻可以或不可以被支持。總之，存在很多需要協商的范圍。

3、呼叫參與者管理：呼叫中參與者能夠引入其它用戶加入呼叫或取消到其它用戶的連接。此外，用戶可以被轉移或置為呼叫保持。

4、呼叫特征改變：用戶應該能夠改變呼叫過程中的呼叫特征。例如，一呼叫可以被設置為“voice-only”，但是在呼叫過程中，用戶可以需要開啟視頻功能。也就是說一個加入呼叫的第三方為了加入該呼叫可以開啟不同的特征。

特點

1、最少狀態：呼叫過程中代理服務器可以采用無狀態方式工作。

2、低層協議無關性：低層協議可以為SIP標準層提供可靠或非可靠業務。Internet環境下首選UDP協議，當不能使用UDP協議時，使用TCP協議。

3、基于文本：采用基于文本的UTF-8編碼方式和ISO 10646字符集。

4、可擴展性：分層編碼方式編狀態碼。可以根據情況忽略或引入頭域，用戶可以指示服務器必須理解的消息內容。

5、易于支持IN業務：能夠支持絕大多數ITU-T的Capability Set 1和 Capability Set 2中的業務。

SIP標準優勢

SIP標準具有良好的可擴展特性，可以方便地增加定義，嵌入各種用戶終端并迅速實現新功能；有較強的互操作能力，良好的開放性。這樣有助于不同SIP設備之間的通信并且能夠與H.323等原有網絡實現互通。

采用SIP的優勢主要包括：參照HTTP協議定義的，適用基于IP的網絡；采用了URI、DNS和MIME并與其它IP應用兼容；強調支持多方會議，包括IP多播和請求加入的功能；采用了DNS系統，在尋址方面可以匹配現有體系；作為端到端的協議，用戶代理只需呼叫其IP地址或采用DNS即可與另外一個用戶通話；系統可通過增加SIP服務和提供更大的靈活性來實現負載均衡，有效提高自身性能。

由于具有與H.323協議中Q.931和H.225類似的性質，SIP可作為IP網絡中的信令協議。在不同網絡配置和體系結構中，電信運營商可以利用SIP和IP的各自優勢，無需在全IP/SIP網絡體系結構中進行轉換。

通過單一的IP骨干網絡提供話音、視訊和數據服務，運營商可將運營維護成本降到最低。運營商還可通過具有SIP功能的用戶服務產生新的增值業務流，使現有網絡通過SIP功能保持、吸引并贏得新用戶。

SIP標準在視頻監控“大聯網”中的應用意義

SIP用于建立，修改和終止包括視頻，語音，即時通信，在線游戲和虛擬現實等多種多媒體元素在內的交互式用戶會話。協議本身沒有限制，甚至能夠傳送未來還沒有設想的應用。基于IETF的SIP協議標準，是繼HTTP和IP協議之后的非贏利Internet標準協議，提供開放式體系架構。SIP可與許多其它的協議協同工作，僅僅涉及通信會話的信令部分（control message）。

視頻監控聯網為何要廣泛使用SIP標準？主要基于以下原因：第一，SIP是通信領域公認的標準協議；第二，更好的網絡傳輸；第三，架構多媒體網絡和應用系統；第四，與Internet兼容性好。SIP消息數據及格式與Web消息數據是同樣類型的數據。SIP可以充分利用已定義的頭域，對其進行簡單必要的擴充就能很方便地支持各項新業務和智能業務，有利于與Internet的各項應用集成開發。第五，可與各種媒體應用兼容；第六，SIP簡單、易擴充。

使用SIP，服務提供商可隨意選擇標準組件。不論媒體內容和參與方數量，用戶都可查找和聯系對方。SIP進行協商，使所有參與方都能就會話功能達成一致及修改；可以添加、刪除或轉移用戶。SIP重要特點是不定義要建立的會話的類型，只定義應如何管理會話。對設計人員而言更加靈活直觀。

SIP重用幾個現有的比較成熟的Internet 服務和協議，如DNS、RTP、RSVP等。不必再引入新服務對SIP基礎設施提供支持，因為該基礎設施很多部分已經到位或現成可用。對SIP的擴充易于定義，可由服務提供商在新應用中添加，不會損壞網絡。網絡中基于SIP的舊設備不會妨礙基于SIP的新服務。例如，如果舊SIP實施不支持新的SIP應用所用的方法/標頭，則會將其忽略。

SIP獨立于傳輸層。因此，底層傳輸可以是采用ATM的IP。SIP使用用戶數據報協議（UDP）以及傳輸控制協議（TCP），將獨立于底層基礎設施的用戶靈活地連接起來。SIP支持多設備功能調整和協商。如果服務或會話啟動了視頻和語音，則仍然可以將語音傳輸到不支持視頻的設備，也可以使用其他設備功能，如單向視頻流傳輸功能。SIP是不到十年前在計算機實驗室誕生的一個想法。它是第一個適合各種媒體內容而實現多用戶會話的協議，現已成了互聯網工程任務組（IETF）的規范。

與H.323比較而言，H.323和SIP分別是通信領域與互聯網兩大陣營推出的建議（標準），很多標準都有兩大體系。H.323的目的是把IP電話作為傳統電話，只是傳輸方式發生了改變，由電路交換變成了分組交換。SIP則側重于將IP電話作為互聯網上的一個應用，較其它應用（如FTP、E-mail等）增加了信令和QoS的要求。它們支持的業務基本相同，都是利用RTP作為媒體傳輸的協議，但H.323是一個相對復雜的協議。

目前、在視頻會議系統，SIP替代H.323是趨勢。網絡視頻的協議集應包括：前端和近端設備的搜索、管理；圖像結構；媒體結構；音視頻實時流；事件處理；圖像分析；PTZ控制和安全機制等。ONVIF和PSIA都是如此。我國安防標準目前只是規定了系統的互聯、互操作、互通等基本功能，還需進一步完善。

結束語

安防監控直接關系到國家安全、公共安全、國防建設等諸多要害領域，而且產業規模巨大，2012年全球規模已超過3000億美元，發展前景被業界看好。我國擁有世界最大的安防監控市場，同時已擁有部分自主標準、核心技術和較為完善的產業基礎。SIP標準憑借其簡單、易于擴展、便于實現等諸多優點越來越得到業界的青睞，它正逐步成為NGN（下一代網絡）和3G多媒體子系統域中的重要協議，并且市場上出現越來越多的支持SIP的客戶端軟件和智能多媒體終端，以及用SIP標準實現的服務器和軟交換設備。可以預見的是，SIP在視頻監控“大聯網”中會成為一個明星。